El levantamiento de estrellas es uno de los varios procesos hipotéticos mediante los cuales una civilización suficientemente avanzada (en concreto, una de Kardashev-II o superior) podría extraer una parte sustancial de la materia de una estrella que luego podría reutilizarse, al tiempo que posiblemente se optimizaría la producción de energía y la vida útil de la estrella al mismo tiempo. El término parece haber sido acuñado por David Criswell . [1]
Las estrellas ya pierden un pequeño flujo de masa a través del viento solar , las eyecciones de masa coronal y otros procesos naturales. A lo largo de la vida de una estrella en la secuencia principal, esta pérdida suele ser insignificante en comparación con la masa total de la estrella; solo al final de la vida de una estrella, cuando se convierte en una gigante roja o una supernova, se expulsa una gran proporción de material. Las técnicas de elevación de estrellas que se han propuesto funcionarían aumentando este flujo de plasma natural y manipulándolo con campos magnéticos .
Las estrellas tienen pozos de gravedad profundos , por lo que la energía necesaria para tales operaciones es grande. Por ejemplo, elevar material solar desde la superficie del Sol hasta el planeta Mercurio requiere 1,6 × 10 13 J /kg. Esta energía podría ser suministrada por la propia estrella, recogida por una esfera de Dyson ; utilizando el 10% de la potencia total de salida del Sol, se podrían elevar 5,9 × 10 21 kilogramos de materia por año (0,0000003% de la masa total del Sol), o el 8% de la masa de la luna de la Tierra .
El sistema más simple para elevar estrellas aumentaría la velocidad de salida del viento solar calentando directamente pequeñas regiones de la atmósfera de la estrella, utilizando cualquiera de los distintos medios para suministrar energía, como rayos de microondas , láseres o haces de partículas , lo que resultara más eficiente para los ingenieros del sistema. Esto produciría una erupción grande y sostenida similar a una llamarada solar en el lugar objetivo, alimentando el viento solar.
El flujo de salida resultante se recogería mediante una corriente de anillo alrededor del ecuador de la estrella para generar un potente campo magnético toroidal con sus dipolos sobre los polos de rotación de la estrella. Esto desviaría el viento solar de la estrella en un par de chorros alineados a lo largo de su eje de rotación que pasarían a través de un par de toberas de cohetes magnéticos . Las toberas magnéticas convertirían parte de la energía térmica del plasma en velocidad de salida, lo que ayudaría a enfriar el flujo de salida. La corriente de anillo necesaria para generar este campo magnético sería generada por un anillo de estaciones espaciales de aceleradores de partículas en órbita cercana alrededor del ecuador de la estrella. Estos aceleradores estarían físicamente separados entre sí, pero intercambiarían dos haces contradirigidos de iones de carga opuesta con su vecino en cada lado, formando un circuito completo alrededor de la estrella.
David Criswell [2] propuso una modificación del sistema de chorro polar en el que el campo magnético podría utilizarse para aumentar directamente el flujo de salida del viento solar, sin necesidad de calentar más la superficie de la estrella. Lo denominó método "Huff-n-Puff", inspirado en las amenazas del Lobo Feroz en el cuento de hadas de Los Tres Cerditos .
En este sistema, el anillo de aceleradores de partículas no estaría en órbita, sino que dependería de la fuerza de salida del propio campo magnético para contrarrestar la gravedad de la estrella. Para inyectar energía en la atmósfera de la estrella, primero se cortaría temporalmente la corriente del anillo, lo que permitiría que las estaciones de aceleración de partículas comenzaran a caer libremente hacia la superficie de la estrella. Una vez que las estaciones hubieran desarrollado suficiente velocidad de entrada, se reactivaría la corriente del anillo y se utilizaría el campo magnético resultante para revertir la caída de las estaciones. Esto "aplastaría" la estrella, impulsando la atmósfera estelar a través de las toberas magnéticas polares. La corriente del anillo se cortaría de nuevo antes de que las estaciones del anillo alcanzaran suficiente velocidad de salida para lanzarlas demasiado lejos de la estrella, y se permitiría que la gravedad de la estrella las atrajera hacia adentro para repetir el ciclo.
Un único conjunto de estaciones en anillo daría como resultado un flujo muy intermitente. Es posible suavizar este flujo utilizando varios conjuntos de estaciones en anillo, cada uno de los cuales funcionaría en una etapa diferente del ciclo Huff-n-Puff en un momento dado, de modo que siempre haya un anillo "apretando". Esto también suavizaría los requisitos de energía del sistema a lo largo del tiempo.
Una alternativa al método Huff-n-Puff para utilizar el campo magnético toroidal para aumentar el flujo de salida del viento solar consiste en colocar las estaciones de los anillos en una órbita polar en lugar de ecuatorial. Las dos boquillas magnéticas se situarían entonces en el ecuador de la estrella. Para aumentar la velocidad de salida a través de estos dos chorros ecuatoriales, el sistema de anillos rotaría alrededor de la estrella a una velocidad significativamente mayor que la rotación natural de la estrella. Esto haría que la atmósfera estelar arrastrada por el campo magnético fuera expulsada hacia el exterior.
Este método presenta una serie de complicaciones significativas en comparación con los otros. Hacer girar el anillo de esta manera requeriría que las estaciones del anillo utilicen un potente empuje de cohetes, lo que requiere grandes sistemas de cohetes y una gran cantidad de masa de reacción . Esta masa de reacción se puede "reciclar" dirigiendo los gases de escape de los cohetes de manera que impacten en la superficie de la estrella, pero recolectar masa de reacción fresca del flujo de salida de la estrella y entregarla a las estaciones del anillo en cantidad suficiente agrega aún más complejidad al sistema. Finalmente, los chorros resultantes saldrían en espiral desde el ecuador de la estrella en lugar de emerger directamente desde los polos; esto podría complicar la recolección, así como la disposición de la esfera de Dyson que alimenta el sistema.
El material extraído de una estrella emergerá en forma de chorros de plasma de cientos o miles de unidades astronómicas de longitud, compuestos principalmente de hidrógeno y helio y muy difusos según los estándares de ingeniería actuales. Los detalles de la extracción de materiales útiles de esta corriente y el almacenamiento de las enormes cantidades que resultarían no se han explorado en profundidad. Un enfoque posible es purificar los elementos útiles de los chorros utilizando espectrometría de masas a escala extremadamente grande , enfriarlos mediante enfriamiento láser y condensarlos en partículas de polvo para su recolección. Un método alternativo podría implicar el uso de grandes solenoides para reducir la velocidad de los chorros y separar los componentes. También se generaría electricidad a través de este sistema. Se podrían construir pequeños planetas gigantes gaseosos artificiales a partir del exceso de hidrógeno y helio para almacenarlo para su uso futuro. El exceso de gas también podría usarse para construir nuevos planetas similares a la Tierra según especificaciones personalizadas.
En el caso del Sistema Solar, un posible uso del material extraído del Sol sería añadirlo a Júpiter . Aumentar la masa de Júpiter unas 100 veces lo convertiría en una estrella, lo que le permitiría suministrar energía a sus lunas y también al cinturón de asteroides . Sin embargo, esto tendría que hacerse con cuidado para evitar cambiar catastróficamente las órbitas de otros cuerpos del Sistema Solar. [2]
La duración de vida de una estrella está determinada por el tamaño de su reserva de "combustible" nuclear y la velocidad a la que utiliza ese combustible en las reacciones de fusión en su núcleo. Aunque las estrellas más grandes tienen una mayor reserva de combustible, la mayor presión en el núcleo resultante de esa masa adicional aumenta enormemente la velocidad de combustión; por lo tanto, las estrellas grandes tienen una vida significativamente más corta que las pequeñas. Las teorías actuales de la dinámica estelar también sugieren que hay muy poca mezcla entre la masa de la atmósfera de una estrella y el material de su núcleo, donde tiene lugar la fusión, por lo que la mayor parte del combustible de una estrella grande nunca se utilizará de forma natural. Las pequeñas estrellas enanas rojas , que son naturalmente completamente convectivas, permiten que el helio de su núcleo se mezcle con las capas externas de hidrógeno, lo que permite vidas estelares extremadamente largas, del orden de billones de años.
A medida que la masa de una estrella se reduce mediante el levantamiento estelar, su tasa de fusión nuclear disminuirá, reduciendo la cantidad de energía disponible para el proceso de levantamiento estelar, pero también reduciendo la gravedad que debe superarse. Teóricamente, sería posible eliminar una porción arbitrariamente grande de la masa total de una estrella si se dispone de tiempo suficiente. De esta manera, una civilización podría controlar la tasa a la que su estrella utiliza combustible, optimizando la producción de energía y la vida útil de la estrella según sus necesidades. El hidrógeno y el helio extraídos en el proceso podrían utilizarse para alimentar reactores de fusión. Alternativamente, el material podría ensamblarse en estrellas más pequeñas adicionales, para mejorar la eficiencia de su uso. Teóricamente, la mayor parte de la energía almacenada en la materia extraída de una estrella podría cosecharse si se convierte en pequeños agujeros negros , a través del mecanismo de la radiación de Hawking .